DE10019287A1 - Composite membrane - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbundmembrane nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to a composite membrane according to the preamble of the An saying 1.
Allgemein sind Membranen zur Trennung von Lösungen und Suspensionen aus vielfältigen Membranmaterialien bekannt, die in der Regel eine gute Trennwirkung, jedoch einen geringen Flux auch bei erhöhtem Transmembran druck aufweisen. Unter Flux bzw. Flux-Leistung wird hier die durch die Memb ran durchgehende Trägerflüssigkeit in l/(m2 × h) oder m3/(m2 × h) verstanden. Die Flux-Minderung wird bei diesen allgemein bekannten Membranen dadurch hervorgerufen, dass bei höheren Überströmgeschwindigkeiten verbunden mit hohem Reibungsverlust der Energieverbrauch stark ansteigt und daher nur niedrige Strömgeschwindigkeiten wirtschaftlich sind. Als Überströmgeschwin digkeit in m/s wird die Geschwindigkeit verstanden, mit der die suspendierte Stoffe enthaltende Flüssigkeit über die Membranfläche strömt. Bei niedrigen Überströmgeschwindigkeiten neigen solche allgemein bekannten Membranen zu einem Fouling, d. h. zu einem Absetzen der abgetrennten Substanzen auf der Membranfläche, wodurch eine weitere ungünstige Minderung des Flux we gen des gesteigerten Widerstandes erfolgt.In general, membranes for separating solutions and suspensions from a variety of membrane materials are known, which generally have a good separating action, but have a low flux, even with increased transmembrane pressure. Flux or flux power is understood here to mean the carrier liquid passing through the membrane in l / (m 2 × h) or m 3 / (m 2 × h). The flux reduction in these generally known membranes is caused by the fact that the energy consumption rises sharply at higher overflow velocities combined with high friction loss and therefore only low flow velocities are economical. The overflow speed in m / s is the speed at which the liquid containing suspended substances flows over the membrane surface. At low overflow velocities, such generally known membranes tend to foul, ie to separate the separated substances on the membrane surface, as a result of which there is a further disadvantageous reduction in the flux owing to the increased resistance.
Eine vorbekannte, gattungsgemäße Membrane als Verbundmembrane (DE 42 10 413 A1) besteht aus einem flächigen Trägerkörper mit relativ großen Durchströmöffnungen auf dem schichtweise eine Trennfunktionsschicht als Membranschicht aufgebracht ist, die aus einem Verbund aus einem körnigen Füllstoff und einem Bindemittel besteht. Dabei stellt der Trägerkörper ein Stützgerüst dar für eine Membranschicht aus gebundenem, pulverförmigen Füllstoff, wobei die Pulverkörper und das Bindemittel so beschaffen sind, dass die Trennfunktionsschicht Poren aufweist, durch die die Trägerflüssigkeit kon tinuierlich passieren kann, wogegen die abzutrennenden Stoffe im wesentli chen zurückgehalten werden.A known, generic membrane as a composite membrane (DE 42 10 413 A1) consists of a flat carrier body with relative large flow openings on the layers of a separation function layer is applied as a membrane layer consisting of a composite of a granular filler and a binder. The carrier body a support structure for a membrane layer made of bound, powdery Filler, the powder body and the binder are such that the separation function layer has pores through which the carrier liquid can happen continuously, whereas the substances to be separated essentially be held back.
Bei einer konkreten Ausführungsform einer solchen Membrane wird die Funk tionsschicht bei der Herstellung in mehreren Schichten aufgetragen, wobei nach jedem Auftragen ein Trocknen und Ausheizen sowie Sintern der Schicht erfolgt. Diese aufgebrachten Schichten sind hinsichtlich ihrer Struktur und Zu sammensetzung jeweils gleich, so dass hier der schichtweise Aufbau nur zur Herstellung einer insgesamt größeren Schichtdicke mit einer insgesamt hin sichtlich ihrer Struktur und Zusammensetzung gleichen Trennfunktionsschicht verwendet wird. Bei einer Mischung von Bindemittel und Füllstoff, insbesonde re im konkret angegeben Verhältnis von 30% zu 70% ergeben sich grundsätz lich günstigere Bedingungen gegenüber den eingangs erwähnten, allgemein bekannten Membranen hinsichtlich des inneren Fließwiderstands der Memb ran, welche jedoch mit steigender Anzahl der gleichstrukturierten Aufbau schichten und damit der Schichtdicke der Trennfunktionsschicht nachteilig wieder vermindert werden. Bei dem konkret angegebenen Bindemittel Poly ethersulfon ergibt sich zudem noch ein Nachteil im Hinblick auf die Hydrophilie der Membrane.In a specific embodiment of such a membrane, the radio tion layer applied in the manufacture in several layers, wherein after each application, drying and heating and sintering the layer he follows. These layers are applied in terms of their structure and structure composition is the same, so that the layered structure is only used for Production of an overall greater layer thickness with an overall visually their structure and composition are the same separation function layer is used. With a mixture of binder and filler, in particular re in the specifically stated ratio of 30% to 70% result in principle Lich more favorable conditions compared to the above, general known membranes with regard to the internal flow resistance of the membrane ran, which, however, with increasing number of identically structured structure layers and thus the layer thickness of the separation function layer disadvantageous be reduced again. With the specifically stated binder poly ether sulfone also has a disadvantage in terms of hydrophilicity of the membrane.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Membran so weiterzubil den, dass der innere Fließwiderstand der Membrane ohne Verminderung der Rückhaltewirkung auf die abzuscheidenden Substanzen bei zugleich geringe rer erforderlicher Überströmgeschwindigkeit durch eine gezielte Beeinflussung reduzierbar und damit der Flux entsprechend vergrößerbar ist. The object of the invention is to further develop a generic membrane that the internal flow resistance of the membrane without reducing the Retention effect on the substances to be separated out at the same time low The required overflow speed through targeted influencing reducible and therefore the flux can be increased accordingly.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Gemäß Anspruch 1 ist der Trägerkörper zur Einstellung einer bestimmten Trä gerkörpertemperatur mit einer durch eine Stelleinrichtung einstellbaren Vor richtung für eine vorgebbare Energiezufuhr zum Trägerkörper und/oder Ener gieableitung vom Trägerkörper verbunden. Die Membranschicht ist wärmelei tend auf dem Trägerkörper aufgebracht, so dass eine Änderung der Träger körpertemperatur auch eine Änderung der Membranschichttemperatur bewirkt. Die Membranschicht besteht wenigstens aus einem Anteil eines sich tempe raturabhängig ausdehnenden Membranmaterials, welches Poren enthält und/oder Poren begrenzt.According to claim 1, the carrier body for setting a certain Trä body temperature with a pre-adjustable by an actuator Direction for a predeterminable energy supply to the carrier body and / or energy gi derivative connected from the support body. The membrane layer is warm tend to be applied to the carrier body, so that a change in the carrier body temperature also causes a change in the membrane layer temperature. The membrane layer consists of at least a portion of a self-adhesive expansion-dependent membrane material that contains pores and / or limited pores.
Damit ist es möglich, durch eine gezielte Beeinflussung der einstellbaren Trä gerkörpertemperatur und damit über die dadurch indirekt einstellbare Memb ranschichttemperatur die wirksame Porengröße mittels des Ausdehnungs- Temperaturgangs des Membranmaterials zu variieren und einzustellen. Die Variationsgröße für die Porenweiten ist dabei im Wesentlichen durch den Aus dehnungs-Temperaturgang des Membranmaterials und die mögliche Tempe raturvariation der Membranschichttemperatur vorgegeben. Beispielsweise wird bei Verwendung eines Membranmaterials, das sich bei einer Temperaturerhö hung ausdehnt, bei steigender Temperatur die Porenweite der eingeschlosse nen Poren kleiner. Ähnlich wie mit einem Steuerventil kann somit der Flux über die steuerbare Porenweite gesteuert werden.This makes it possible to influence the adjustable tears in a targeted manner body temperature and thus through the indirectly adjustable membrane layer temperature the effective pore size by means of the expansion To vary and adjust the temperature response of the membrane material. The Variation size for the pore sizes is essentially due to the out strain-temperature curve of the membrane material and the possible temperature rature variation of the membrane layer temperature specified. For example when using a membrane material that increases at a temperature hung expands, with increasing temperature the pore size of the trapped pores smaller. Similar to a control valve, the Flux can over the controllable pore size can be controlled.
Vorteilhaft kann damit die Porengröße einer solchen Verbundmembrane auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt werden, wobei die Flux-Leistung gestei gert werden kann, ohne dass es einer Steigerung des erforderlichen Trans membrandrucks im Vergleich zu bekannten Membranen bedarf. Gleichzeitig kann die notwendige Überströmgeschwindigkeit der die abzutrennenden Stoffe enthaltenden Flüssigkeit merklich ohne Verminderung des Flux vermindert werden. The pore size of such a composite membrane can thus be advantageous be matched to the respective application, increasing the flux performance can be carried out without increasing the required trans membrane pressure compared to known membranes. At the same time can the necessary overflow speed of the substances to be separated containing liquid is markedly reduced without reducing the flux become.
Damit wird eine hervorragende Maßnahme zur Verfügung gestellt, eine Ver bundmembran ausgehend von einer hergestellten Standardmembran mit einer Grundporengröße an unterschiedliche Gegebenheiten und aktuelle Betriebs bedingungen durch eine einfache und unmittelbare Veränderung der Poren größe anzupassen und zu optimieren. Insbesondere kann damit zur Steige rung der Permeatleistung der innere Fließwiderstand der Membrane entspre chend den vorherrschenden laminaren Fließbedingungen deutlich vermindert werden, ohne eine Verminderung der Rückhaltewirkung auf die abzuscheiden den Substanzen zu bewirken.This provides an excellent measure, a ver bund membrane based on a manufactured standard membrane with a Basic pore size to different conditions and current operating conditions through a simple and immediate change in the pores adjust and optimize size. In particular, it can be used to climb the permeate output corresponds to the internal flow resistance of the membrane significantly reduced according to the prevailing laminar flow conditions be deposited without reducing the retention effect on the to effect the substances.
Gemäß Anspruch 2 weist der Trägerkörper zumindest einen Anteil eines elekt risch leitenden Materials auf und ist mit einer steuerbaren elektrischen Ener giequelle verbunden. Damit wird in einem besonders einfachen Aufbau der Trägerkörper für eine Temperaturvariation unmittelbar als ohmsche Heizung verwendet. Bei einem nichtleitendem Trägergrundmaterial kann zur Realisie rung einer ohmschen Heizung gemäß Anspruch 3 auch ein Verbund aus elekt risch leitenden und nichtleitenden Materialien zum Aufbau des Trägerkörpers verwendet werden.According to claim 2, the carrier body has at least a portion of an elect rically conductive material and is with a controllable electrical energy source connected. This is in a particularly simple structure Support body for a temperature variation directly as an ohmic heater used. In the case of a non-conductive base material, realisie can tion of an ohmic heater according to claim 3 also a composite of elect rically conductive and non-conductive materials for the construction of the support body be used.
Dazu wird nach Anspruch 4 ein Gewebeaufbau in der Art eines Mikrosiebs vorgeschlagen, wobei auch Kombinationen mehrerer Gewebelagen insbeson dere aus elektrisch leitendem und nichtleitendem Material verwendet werden können. Gegebenenfalls können auch Verbindungen/Verknüpfungen an den Kreuzungspunkten zur Steigerung der Stabilität vorgenommen werden.For this purpose, according to claim 4, a fabric structure in the manner of a microsieve proposed, combinations of several fabric layers in particular which are made of electrically conductive and non-conductive material can. If necessary, connections can also be made to the Crossing points can be made to increase stability.
In einer speziellen Ausführungsform nach Anspruch 5 ist der Trägerkörper aus einem Hohlfasermaterial aufgebaut, das flexibel mit Hohlraumveränderungen auf Druckunterschiede in einer umgebenden Flüssigkeit reagiert. Damit kann die Konsistenz und die Volumenausdehnung des Trägerkörpers zusammen mit der wenigstens einen darauf aufgebrachten Membranschicht gegebenen falls zusätzlich zu der vorstehenden Temperaturbeeinflussung auch durch Variation des Flüssigkeitsdrucks beeinflusst werden. Damit wird eine weitere und gegebenenfalls zusätzliche Maßnahme zur Beeinflussung der Funktion und Optimierung der Membran zur Verfügung gestellt.In a special embodiment according to claim 5, the carrier body is made of a hollow fiber material that is flexible with cavity changes reacts to pressure differences in a surrounding liquid. So that can the consistency and the volume expansion of the carrier body together with the at least one membrane layer applied thereon if in addition to the above temperature influence also by variation of the fluid pressure can be influenced. This will add another and if necessary, additional measures to influence the function and Optimization of the membrane provided.
Die verwendeten Membranaufbauten und Membranmaterialien dürfen in den verwendeten Temperaturbereichen keine bleibenden Veränderungen zeigen und müssen zudem gegenüber Chemikalien in der Trägerflüssigkeit beständig sein. Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 werden Aufbauten und Materialien für den Trägerkörper vorgeschlagen, die je nach den Gegebenheiten und Einsatzfällen in einer oder mehreren Lagen materialeinheitlich oder in Kombi nation verwendbar sind.The membrane structures and membrane materials used may be used in the temperature ranges used show no permanent changes and must also be resistant to chemicals in the carrier liquid his. With the features of claim 6 structures and materials proposed for the support body, depending on the circumstances and Applications in one or more layers of the same material or in a combination nation can be used.
Für eine geeignete Einstellung und Optimierung der Porengröße in der we nigstens einen Membranschicht ist es vorteilhaft den Permeatstrom zu mes sen. Dazu wird eine Permeatmengen-Messvorrichtung in einer Permeatleitung angebracht. Abhängig vom Messwert dieser Messvorrichtung können dann Einstellungen für die Membrantemperatur zur Steuerung des Permeatstroms beispielsweise von Hand vorgenommen werden.For a suitable setting and optimization of the pore size in the we At least one membrane layer, it is advantageous to measure the permeate flow sen. For this purpose, a permeate quantity measuring device is installed in a permeate line appropriate. Depending on the measured value of this measuring device can then Settings for the membrane temperature to control the permeate flow for example, be done by hand.
In einer besonders bevorzugten, weiterführenden Ausführungsform nach An spruch 7 ist die Anordnung als geschlossener Regelkreis für eine Temperatur regelung und/oder Permeatmengenregelung aufgebaut. Dazu wird der Mess wert aus einer Permeatmengen-Messvorrichtung und/oder einer Temperatur- Messvorrichtung an der Membran als Ist-Wert einem Regler, vorzugsweise einem kontinuierlich arbeitendem Regler zugeführt, der mit einem vorgebbaren Soll-Wert beaufschlagt ist. Zweckmäßig wird die Permeatmenge geregelt. Zur Verbesserung des Regelverhaltens kann zudem die Membrantemperatur als Störgröße aufgeschaltet und berücksichtigt werden. Zudem können weitere physikalische Einflussgrößen beispielsweise die Flüssigkeitstemperatur und/oder die Überströmgeschwindigkeit und/oder den Transmembrandruck messtechnisch erfasst und in der Regelung berücksichtigt werden. Damit ist vorteilhaft eine Anordnung geschaffen, die sich selbsttätig an unterschiedliche Gegebenheiten und sich verändernde Betriebsbedingungen optimal anpasst. Zudem können die Messergebnisse auch zur Variation der Einflussgrößen auf die Permeatmenge, beispielsweise zur Variation der Überströmgeschwindig keit genutzt werden. Auch hierzu ist bei entsprechenden Regelalgorithmen und Programmen eine selbsttätige Anpassung und Optimierung möglich.In a particularly preferred, further embodiment according to An saying 7 is the arrangement as a closed control loop for a temperature regulation and / or permeate quantity regulation. This is the measurement value from a permeate quantity measuring device and / or a temperature Measuring device on the membrane as the actual value of a controller, preferably a continuously working controller supplied with a predeterminable Target value is applied. The amount of permeate is expediently regulated. For The membrane temperature can also improve the control behavior The disturbance variable is applied and taken into account. In addition, more Physical influencing factors, for example the liquid temperature and / or the overflow rate and / or the transmembrane pressure measured and taken into account in the regulation. So that is advantageously created an arrangement that automatically to different Adapts conditions and changing operating conditions optimally. In addition, the measurement results can also be used to vary the influencing variables the amount of permeate, for example to vary the overflow rate be used. With corresponding control algorithms and Programs can be automatically adjusted and optimized.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird ein für eine gute Membranfunktion geeigneter Aufbau der Membranschicht angegeben. Dazu besteht die we nigstens eine auf den Trägerkörper aufgebrachte Membranschicht aus einem Verbund aus einem körnigen Füllstoff und einem Bindemittel. Bei mehreren Membranschichten als miteinander verbundene übereinanderliegende Aufbau schichten sollen diese unterschiedliche Strukturen aufweisen dergestalt, dass die Aufbauschichten jeweils aufeinanderfolgend und abgestuft einen geringe ren Füllstandanteil und entsprechend höheren Bindemittelanteil im Vergleich mit einer davor in Richtung auf den Trägerkörper liegenden Aufbauschicht aufweisen. Mit den Merkmalen der Ansprüche 9 und 10 sind näher konkreti sierte, vorteilhafte Aufbauten angegeben.With the features of claim 8 is a good membrane function suitable structure of the membrane layer specified. There is the we at least one membrane layer applied to the carrier body from a Composite of a granular filler and a binder. With several Membrane layers as interconnected superimposed structures layers should have different structures such that the build-up layers each successive and graded a small Ren level share and correspondingly higher binder content in comparison with a build-up layer lying in front of it in the direction of the support body exhibit. With the features of claims 9 and 10 are more specific based, advantageous structures specified.
In der Praxis getestete und bewährte Verhältnisse zwischen Bindemittelantei len und Füllstoffanteilen sowie für Füllstoffkorngrößen zum Aufbau einer Mik rofiltrationsmembrane, einer Ultrafiltrationsmembrane und einer Nanofiltra tionsmembrane sind mit den Ansprüchen 11 bis 14 beansprucht. Gemäß An spruch 15 kann z. B. für ein Umkehrosmose eine letzte Aufbauschicht aus Bin demittel ohne Füllstoff vorteilhaft sein.Tested and proven ratios between binder content in practice len and filler proportions as well as filler grain sizes to build up a mic filtration membrane, an ultrafiltration membrane and a nanofiltra tion membrane are claimed with claims 11 to 14. According to An saying 15 can z. B. for a reverse osmosis a final build-up layer of bin agents without filler can be advantageous.
Geeignete Materialien für Füllstoffe und Bindemittel sind mit den Merkmalen 16 und 17 beansprucht, wobei die dort angegebenen Materialien je nach Einsatz fall, materialeinheitlich oder gegebenenfalls in Kombination einsetzbar sind. Vorteilhaft werden elektrisch leitende und/oder gut wärmeleitende Füllstoffe verwendet mit einer Verbindung zu entsprechenden Materialien des Trägerkörpers, so dass dadurch eine Beeinflussung vom Trägerkörper unmittelbar in die wenigstens eine Membranschicht hinein erfolgt und eine schnelle und effektive Steuerung im Sinne einer Porenerweiterung oder Porenverringerung möglich ist.Suitable materials for fillers and binders are claimed with features 16 and 17 , the materials specified there depending on the application, being made of the same material or, if appropriate, in combination. Electrically conductive and / or good heat-conducting fillers are advantageously used, with a connection to corresponding materials of the carrier body, so that the carrier body is influenced directly into the at least one membrane layer and rapid and effective control in the sense of pore widening or pore reduction is possible.
Zudem wird mit Anspruch 18 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines konstanten oder intermittierenden Magnetfelds im Bereich der Verbundmembran vorgese hen. Damit kann "Scaling" auf der Membranoberfläche vermieden werden, in dem die Ladung in einem möglichen Ionenlayer auf der Membranoberfläche dahingehend beeinflusst wird, dass keine undurchlässige Schicht entstehen kann. Dies dient zur zusätzlichen Stabilisierung der Fluxleistung der Membra ne.In addition, claim 18 is a device for generating a constant or intermittent magnetic field in the area of the composite membrane hen. "Scaling" on the membrane surface can thus be avoided the charge in a possible ion layer on the membrane surface is influenced in such a way that no impermeable layer is formed can. This serves to additionally stabilize the flux performance of the Membra no
Gegebenenfalls kann beim Einsatz der erfindungsgemäß optimierten Ver bundmembran die Überströmgeschwindigkeit zur Erzielung einer hohen Per meatmenge relativ hoch gewählt werden, wodurch ein "Fouling" ausgeschlos sen wird. Gleichzeitig werden die Ausbildung von Ablagerungen innerhalb der laminaren Grenzschicht und der sich daraus ergebende zusätzliche Filterwi derstand minimiert.If necessary, when using the Ver bundmembran the overflow speed to achieve a high per the amount of meat selected should be relatively high, which prevents "fouling" will. At the same time, the formation of deposits within the laminar boundary layer and the resulting additional filter wi the level minimized.
Vorteilhaft ist eine solche erfindungsgemäße Verbundmembran nach Anspruch 19 einsetzbar zur Trennung von gelösten und suspendierten Stoffen aus orga nischen oder anorganischen Flüssigkeiten oder zur Zerlegung von flüssigen Stoffgemischen in ihre Bestandteile.Such a composite membrane according to the invention is advantageous 19 can be used to separate dissolved and suspended substances from orga African or inorganic liquids or for the decomposition of liquid Mixtures of substances in their components.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to a drawing.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Verbundmembrane 1, die einen flä chigen Trägerkörper 2 mit relativ großen Durchströmöffnungen 3 umfasst, wo bei auf dem Trägerkörper 2 eine hier lediglich beispielhaft und schematisch dargestellte Trennfunktionsschicht 4 als Membranschicht mit bestimmter Porenanzahl und Porengröße aufgebracht ist.The single figure shows schematically a composite membrane 1 , which comprises a two-dimensional carrier body 2 with relatively large through-flow openings 3 , where a separating function layer 4, shown here only by way of example and schematically, is applied to the carrier body 2 as a membrane layer with a specific number of pores and pore size.
Der Trägerkörper 2 weist zumindest einen Anteil eines elektrisch leitenden Materials auf, wobei das elektrisch leitende Material als organisches oder an organisches Material, vorzugsweise als metallisches Material, im Trägerkör permaterial kontinuierlich und/oder als Seele enthalten und/oder schichtweise aufgebracht ist.The carrier body 2 has at least a portion of an electrically conductive material, the electrically conductive material being continuously and / or as a core and / or applied in layers as an organic or an organic material, preferably as a metallic material, in the carrier body.
Wie dies in der Fig. 1 weiter schematisch dargestellt ist, ist der Trägerkörper 2 zur Einstellung einer bestimmten Trägerkörpertemperatur mit einer durch eine Stelleinrichtung S einstellbaren Vorrichtung 5 für eine vorgebbare Energiezu fuhr zum Trägerkörper 2 und/oder Energieableitung vom Trägerkörper 2 ver bunden. Wie dies der schematischen Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist hier die einstellbare und mit dem Trägerkörper 2 elektrisch verbundene Vor richtung 5 als eine elektrische Energiequelle ausgebildet, so dass der Träger körper 2 als eine ohmsche Heizung verwendbar ist.As is further shown schematically in FIG. 1, the carrier body 2 for setting a specific carrier body temperature with a device 5 which can be set by an adjusting device S for a predeterminable Energiezu supply to the carrier body 2 and / or energy dissipation from the carrier body 2 is connected. As can be seen from the schematic representation of FIG. 1, here the adjustable and electrically connected to the carrier body 2 before device 5 is designed as an electrical energy source, so that the carrier body 2 can be used as an ohmic heater.
Die Stelleinrichtung S und die einstellbare Vorrichtung 5 sind für eine Tempe raturregelung und/oder Permeatmengenregelung als geschlossener Regelkreis aufgebaut, wobei der Messwert aus einer Permeatmengenmessvorrichtung 6, die hier lediglich beispielhaft und schematisch als Messrad dargestellt ist, und einer Temperatur-Messvorrichtung 7, die an der Verbundmembran 1 ange bracht ist, als Ist-Wert einem vorzugsweise kontinuierlich arbeitendem Regler R zugeführt. Dieser Regler R ist mit einem vorgebbaren Soll-Wert beauf schlagt, wobei die Membrantemperatur und/oder die Flüssigkeitstemperatur und/oder die Überströmgeschwindigkeit und/oder der Transmembrandruck messtechnisch erfasst und im Regelkreis berücksichtigt werden können.The actuating device S and the adjustable device 5 are constructed for a temperature control and / or permeate quantity control as a closed control loop, the measured value from a permeate quantity measuring device 6 , which is shown here only by way of example and schematically as a measuring wheel, and a temperature measuring device 7 , which the composite membrane 1 is introduced as an actual value fed to a preferably continuously operating controller R. This controller R is subjected to a predeterminable target value, the membrane temperature and / or the liquid temperature and / or the overflow rate and / or the transmembrane pressure being measured and taken into account in the control loop.
Die als Membranschicht ausgebildete Trennfunktionsschicht 4 ist wärmeleitend auf dem Trägerkörper 2 aufgebracht, so dass eine Änderung der Trägerkör pertemperatur auch eine Änderung der Membranschichttemperatur bewirkt. The separating function layer 4, which is designed as a membrane layer, is applied in a heat-conducting manner to the carrier body 2 , so that a change in the carrier body temperature also brings about a change in the membrane layer temperature.
Die Trennfunktionsschicht 4 besteht wenigstens aus einem Anteil eines sich temperaturabhängig ausdehnenden Membranmaterials, welches Poren enthält und/oder Poren begrenzt, so dass es möglich ist, durch eine gezielte Beein flussung der einstellbaren Trägerkörpertemperatur und damit über die dadurch indirekt einstellbare Membranschichttemperatur die wirksame Porengröße mittels des Ausdehnungs-Temperaturgangs des Membranmaterials zu variie ren und einzustellen. Die Variationsgröße für die Porenweiten ist dabei haupt sächlich durch den Ausdehnungs-Temperaturgang des Membranmaterials und die mögliche Temperaturvariation der Membranschichttemperatur vorgegeben. So wird z. B. bei Verwendung eines Membranmaterials, das sich bei einer Temperaturerhöhung ausdehnt, bei steigernder Temperatur die Porenweite der eingeschlossenen Poren kleiner, so dass ähnlich einem Steuerventil der Flux über die steuerbare Porenweite steuerbar ist.The separating function layer 4 consists at least of a portion of a temperature-dependent expanding membrane material which contains pores and / or delimits pores, so that it is possible to influence the adjustable carrier body temperature by means of a targeted influence and thus the effective pore size by means of the indirectly adjustable membrane layer temperature Expansion temperature response of the membrane material to vary and adjust. The size of the variation in the pore sizes is mainly determined by the expansion temperature response of the membrane material and the possible temperature variation of the membrane layer temperature. So z. B. when using a membrane material that expands when the temperature rises, the pore size of the enclosed pores becomes smaller with increasing temperature, so that, similar to a control valve, the flux can be controlled via the controllable pore size.
Claims (19)
bestehend aus einem flächigen Trägerkörper mit relativ großen Durch strömöffnungen auf dem wenigstens eine Trennfunktionsschicht als Membranschicht mit bestimmter Porenanzahl und Porengröße aufge bracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper (2) zur Einstellung einer bestimmten Trägerkör pertemperatur mit einer durch eine Stelleinrichtung (S) einstellbaren Vor richtung (5) für eine vorgebbare Energiezufuhr zum Trägerkörper (2) und/oder Energieableitung vom Trägerkörper (2) verbunden ist,
dass die Membranschicht (4) wärmeleitend auf dem Trägerkörper (2) aufgebracht ist, so dass eine Änderung der Trägerkörpertemperatur auch eine Änderung der Membranschichttemperatur bewirkt, und
dass die Membranschicht (4) wenigstens aus einem Anteil eines sich temperaturabhängig ausdehnenden Membranmaterials besteht, welches Poren enthält und/oder Poren begrenzt, so dass über die einstellbare Trägerkörpertemperatur und damit über die dadurch indirekt einstellbare Membranschichttemperatur die Porengröße mittels des Ausdehnungs- Temperaturgangs des Membranmaterials variierbar und einstellbar ist. 1. Composite membrane
consisting of a flat support body with relatively large through-openings on which at least one separation function layer is brought up as a membrane layer with a specific number of pores and pore size,
characterized by
that the carrier body ( 2 ) for setting a specific carrier body temperature is connected to a device (S) which can be set before device ( 5 ) for a predeterminable energy supply to the carrier body ( 2 ) and / or energy dissipation from the carrier body ( 2 ),
that the membrane layer ( 4 ) is applied to the carrier body ( 2 ) in a heat-conducting manner, so that a change in the carrier body temperature also causes a change in the membrane layer temperature, and
that the membrane layer ( 4 ) consists of at least a portion of a temperature-dependent expanding membrane material which contains pores and / or delimits pores, so that the pore size can be varied by means of the expansion temperature response of the membrane material via the adjustable body temperature and thus the indirectly adjustable membrane layer temperature and is adjustable.
Mikrosiebgewebe aus veredelten leitenden und/oder nichtleitenden Me tallen und/oder
Mikrosiebgewebe aus leitenden und/oder nichtleitenden Kunststoffen und/oder
leitenden und/oder nichtleitenden Keramikfiltern großer Porenweite und/oder
leitenden und/oder nichtleitenden Kunststofffiltern großer Porenweite und/oder
leitendem und/oder nichtleitendem Glasfasergewebe und/oder
textilen Vliesen und/oder
aus Vliesen aus leitenden und/oder nichtleitenden Kunststoffen besteht.6. A composite membrane according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier body ( 2 ) consists of one or more layers, the carrier material being made of
Microscreen made from refined conductive and / or non-conductive metals and / or
Microscreen fabrics made of conductive and / or non-conductive plastics and / or
conductive and / or non-conductive ceramic filters with large pore sizes and / or
conductive and / or non-conductive plastic filters with large pore sizes and / or
conductive and / or non-conductive glass fiber fabric and / or
textile fleeces and / or
consists of nonwovens made of conductive and / or non-conductive plastics.
mit einer Permeatmengen-Messvorrichtung (6) und/oder einer Tempe ratur-Messvorrichtung (7) am Trägerkörper (2) und/oder an einer Memb ranschicht (4) für eine Ist-Wert-Erfassung und
mit einem Regler (R) mit Sollwertsteller, dem der Ist-Wert zugeführt ist und der mit der Vorrichtung (5) zur Energiezufuhr oder Energieableitung als Stellglied verbunden ist.7. composite membrane according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuating device (S) and the adjustable device are constructed as a closed control circuit for temperature control and / or permeate quantity control,
with a permeate quantity measuring device ( 6 ) and / or a temperature measuring device ( 7 ) on the carrier body ( 2 ) and / or on a membrane layer ( 4 ) for an actual value detection and
with a controller (R) with setpoint adjuster, to which the actual value is supplied and which is connected to the device ( 5 ) for energy supply or energy dissipation as an actuator.
dass die erste Aufbauschicht Korngrößen d1 des Füllstoffs von
d1 = 25 µm im Mittel bei 20 µm < 25 µm < 30 µm
dass die zweite Aufbauschicht Korngrößen d2 des Füllstoffs von
d2 = 15 µm im Mittel bei 10 µm < 15 µm < 20 µm und
dass die dritte Aufbauschicht Korngrößen d3 des Füllstoffs von
d3 = 10 µm
aufweist.14. Membrane according to one of claims 10 to 13, characterized in that
that the first build-up layer grain sizes d 1 of the filler from
d 1 = 25 µm on average at 20 µm <25 µm <30 µm
that the second build layer grain sizes d 2 of the filler from
d 2 = 15 µm on average at 10 µm <15 µm <20 µm and
that the third build layer grain sizes d 3 of the filler from
d 3 = 10 µm
having.
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyvinilidinflu oriden und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyaramiden und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyamiden und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyolefinen und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyimiden und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyacrylaten und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilem oder hydrophobem Polyacetal und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Polyprenen und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben Siliconen und/oder
dass das Bindemittel aus hydrophilen oder hydrophoben synthetischen Kautschuken besteht. 17. Membrane according to one of claims 1 to 16, characterized in that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polysulfone (PSU), including their derivatives, such as. B. PES, PPSU and blends, such as. B. PSU + ABS, and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyvinilidine fluorides and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyaramides and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyamides and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyolefins and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyimides and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyacrylates and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic polyacetal and / or
that the binder from hydrophilic or hydrophobic polyprenes and / or
that the binder made of hydrophilic or hydrophobic silicones and / or
that the binder consists of hydrophilic or hydrophobic synthetic rubbers.
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